Краплина масла, об'єм якої становить 0,003 мм3, розтікається поверхнею води тонким шаром і займає площу 300 см2. Вважаючи, що товщина утво- реного шару дорівнює діаметру молекули масла, визначте цей діаметр.
M₁ = 2 кг - два литра теплой воды с температурой t₁ = 40° C m₂ = 6 кг - 2 кг = 4 кг - 4 литра горячей воды с температурой t₂ = 85° C долили t₀ = (1-0.14)t' - реальная установившаяся температура на 14% ниже расчётной. C = 4200 Дж/(кг град) - удельная теплоёмкость воды
Q₁ = С*m₁*(t' - t₁) - часть воды нагрелась до равновесной температуры t' Q₂ = C*m₂*(t₂ - t') - часть воды остыла до равновесной температуры t'
Поскольку P = nkT то концентрация молекул воздуха на этой высоте будет равна n = P/(kT) где P = 1.37·10⁴ Па - давление T = 1226 K - температура k = 1.4·10⁻²³ Дж/град - постоянная Больцмана Количество N молекул в объёме цилиндра с основанием, равным сечению спутника S = 1 м³ и высотой Н = vt где v - скорость спутника на орбите t - некоторое время полёта равно N = nSvt Таким образом, количество соударений молекул со спутником в единицу времени будет: N/t = nSv Скорость спутника на круговой орбите на высоте h = 200 000 м над поверхностью Земли равно: v = R√(g/(R + h)) (выводить не буду, здесь и так избыток алгебры) где R = 6 400 000 м g = 10 м c⁻² Таким образом, искомое количество соударений молекул со спутником в единицу времени составляет: N/t = SPR√((g/(R + h))/(kT) = 1·1.37·10⁴·6.4·10⁶√((10/(6.6·10⁶))/(1.4·10⁻²³·1226) = 6·10³³ молекул в секунду
t₁ = 40° C
m₂ = 6 кг - 2 кг = 4 кг - 4 литра горячей воды с температурой
t₂ = 85° C долили
t₀ = (1-0.14)t' - реальная установившаяся температура на 14% ниже расчётной.
C = 4200 Дж/(кг град) - удельная теплоёмкость воды
Q₁ = С*m₁*(t' - t₁) - часть воды нагрелась до равновесной температуры t'
Q₂ = C*m₂*(t₂ - t') - часть воды остыла до равновесной температуры t'
Q₁ = Q₂ значит
С*m₁*(t' - t₁) = C*m₂*(t₂ - t')
m₁*(t' - t₁) = m₂*(t₂ - t')
m₁*t' - m₁*t₁ = m₂*t₂ - m₂*t'
t' = (m₂*t₂ + m₁*t₁)/(m₂ + m₁)
t₀ = 0.86*t' = 0.86*(m₂*t₂ + m₁*t₁)/(m₂ + m₁) = 0.86(2*40 +4*85)/(2 + 4) = 60.2°C
Реальная конечная температура равна 60,2°С
P = nkT
то концентрация молекул воздуха на этой высоте будет равна
n = P/(kT)
где
P = 1.37·10⁴ Па - давление
T = 1226 K - температура
k = 1.4·10⁻²³ Дж/град - постоянная Больцмана
Количество N молекул в объёме цилиндра с основанием, равным сечению спутника
S = 1 м³
и высотой
Н = vt
где
v - скорость спутника на орбите
t - некоторое время полёта
равно
N = nSvt
Таким образом, количество соударений молекул со спутником в единицу времени будет:
N/t = nSv
Скорость спутника на круговой орбите на высоте
h = 200 000 м
над поверхностью Земли равно:
v = R√(g/(R + h)) (выводить не буду, здесь и так избыток алгебры)
где
R = 6 400 000 м
g = 10 м c⁻²
Таким образом, искомое количество соударений молекул со спутником в единицу времени составляет:
N/t = SPR√((g/(R + h))/(kT) = 1·1.37·10⁴·6.4·10⁶√((10/(6.6·10⁶))/(1.4·10⁻²³·1226) = 6·10³³ молекул в секунду